一种用于复合材料紧固件拉脱试验的装置及使用方法与流程

1.本发明涉及飞机强度试验技术领域，尤其涉及一种用于复合材料紧固件拉脱试验的装置及使用方法。


背景技术：

2.紧固件连接为飞机设计领域中的一种重要的连接形式，为了得到紧固件拉脱的结构设计许用值，通常使用astm d7332/d7332m-16《测量纤维增强聚合物基复合材料紧固件拉脱阻抗的试验方法》进行试验。根据astm d7332/d7332m-16方法b，试验夹具分为两部分，下端包含一个带有间隙孔的槽型件，与试验机固定夹头连接，用于固定试验件，上端通过耳叉与试验件连接，实现加载。为获取准确有效的试验数据，在进行试验件和试验夹具装配时，须确保试验件与试验机加载轴线重合。由于槽型件带有间隙孔，在试验件安装时可能出现不对中的情况，如果试验件在装配过程中与加载方向存在不一致，则紧固件会受到额外的弯矩造成的剪切力，进而可能导致试验破坏模式无效或者结果不准确。
3.中国发明专利201521005076.x公开了一种可调整的紧固件拉脱阻抗试验夹具，包括带定位台阶的槽型件；带定位圆槽的耳叉；通过上述零件简单的组装，可用于满足astm d7332/d7332m-09标准要求的φ10及以下规格紧固件拉脱阻抗测量的试验。应用此方案，所有的试验件完成后需要与耳叉重新装配，适用于少量试验，试验件本身重复装配带来了新的问题，首先是试验单位是否具备复材试验件与耳叉通过紧固件进行装配的资质，其次是试验件装配完成后有一系列工艺、检测等技术和质量流程，如果是适航试验还会涉及到局方制造检查和试验目击，这会使得整个试验效率降低。而目前在复合材料连接设计中开展的紧固件拉脱试验，试验件是按照材料和工艺分批分炉制造的，其制造单位和试验单位通常是分开进行的，在设计方确定试验件构型后，其紧固件、耳叉就固定下来了，而后会进行批量生产，也就不再涉及可需要调整的凸台和耳叉这个问题了。所以这种可调整的紧固件拉脱阻抗试验夹具不太适用于大规模开展许用值试验的情况。
4.因此，有必要研究一种新的用于复合材料紧固件拉脱试验的装置来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种用于复合材料紧固件拉脱试验的装置及使用方法，能够解决试验对中的问题，在装配过程中保证试验件与试验机加载轴线满足对中要求，实现试验件快速安装。
6.一方面，本发明提供一种用于复合材料紧固件拉脱试验的装置，包括底座、上盖板、连接杆和对中组件；
7.对中时，所述对中组件与所述上盖板对中连接，所述连接杆的下段与所述对中组件对中连接；对中连接具体为水平向无位移的连接；所述连接杆的上段与试验机固定连接；所述底座和所述上盖板固定连接；所述底座与所述试验机固定连接；
8.试验时，所述底座与所述试验机固定连接，所述底座和所述上盖板固定连接；试验件包括复合材料板和固定设于所述复合材料板上表面的耳叉；所述复合材料板位于所述底座和所述上盖板之间的空间内，所述耳叉穿过所述上盖板后与所述连接杆的下段连接；所述连接杆的上段与所述试验机固定连接。
9.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述对中组件包括对中板件、对中凸台和第一对中通孔；
10.所述对中凸台设于所述对中板件上表面，所述第一对中通孔设于所述对中凸台中部；所述第一对中通孔的形状和尺寸与所述连接杆的下段匹配，所述连接杆的下段插设在所述第一对中通孔中实现对中连接。
11.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述上盖板上设有第二对中通孔，所述第二对中通孔的形状和尺寸与所述对中凸台匹配；
12.所述对中凸台嵌设在所述第二对中通孔内实现对中连接。
13.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述上盖板为倒置的类u形结构；所述上盖板的顶部设有供所述耳叉穿过的通孔；所述上盖板的底部设有螺纹孔，并通过螺栓与所述底座固定连接。
14.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述连接杆的上段设有销接孔，且所述上段的外部设有螺纹并配有锁紧螺母；所述销接孔与所述试验机销接，所述锁紧螺母旋紧实现所述连接杆与所述试验机的锁紧固定。
15.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述连接杆的下段设有销接孔，所述销接孔与所述耳叉销接。
16.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第二对中通孔与所述上盖板上供所述耳叉穿过的孔为同一通孔。
17.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述连接杆的上段为圆柱形杆，所述连接杆的下段为矩形杆。
18.另一方面，本发明提供一种如上任一所述的用于复合材料紧固件拉脱试验的装置的使用方法，所述方法的步骤包括：
19.s1、组装上盖板、底座以及试验机，实现三者之间的装配连接；
20.s2、将对中组件与上盖板对中连接；
21.s3、将连接杆与对中组件对中连接；
22.s4、根据s3中对中连接的结果，进行连接杆与试验机之间的固定连接；
23.s5、卸除对中组件；
24.s6、将试验件的耳叉与连接杆连接；
25.s7、进行拉脱试验。
26.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，拆除对中组件以及将耳叉与连接杆连接时，通过调节试验机实现连接杆在竖直向的位移，便于对中组件的拆除以及耳叉与连接杆的连接。
27.与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：本发明得方案基于构型确定的试验件开展相关试验，整个装置包括连接杆、上盖板、底座、对中组件，各零件之间通过机械连接形成装配关系，可用于满足astm d7332/d7332m-16标准
要求的复合材料紧固件拉脱阻抗测量的试验，实现快速准确安装和试验；本发明技术方案的连接形式、试验对中设计、适用范围等均与中国发明专利201521005076.x有明显差异；
28.上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：本发明通过对中组件及连接杆保证了试验件与试验机加载方向一致，减少了试验安装误差，提高了试验的精准度和组装效率；
29.上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：整套试验工装数量少，装配简单，实现试验件快速准确安装，提高整个试验效率，有利于紧固件拉脱的结构设计许用值的快速设计验证。
30.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
32.图1是本发明一个实施例提供的试验件及试验夹具系统装配结构示意图；
33.图2是本发明一个实施例提供的对中组件轴测图；
34.图3是本发明一个实施例提供的连接杆轴测图；
35.图4是本发明一个实施例提供的上盖板轴测图；
36.图5是本发明一个实施例提供的底座轴测图；
37.图6是本发明一个实施例提供的试验件轴测图。
38.其中，图中：
39.1、底座；2、上盖板；3、连接杆；4、对中组件；5、试验件；
40.11、底座本体；12、底座连接柱；13、上盖板固定孔；
41.21、对中圆孔；22、盖板固定孔；
42.31、圆柱段；32、矩形段；33、锁紧螺母；
43.41、对中方形板；42、圆形凸台；43、对中通孔；
44.51、试验件方形板；52、耳叉。
具体实施方式
45.为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
46.应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
47.本发明的目的是基于构型已经确定的试验件，提供一种复合材料紧固件拉脱试验的装置，用于复合材料紧固件拉脱试验的性能测试和结构验证。astm d7332/d7332m-16标准中的方法b，其试验夹具是上下分离式的，分别与试验机的上下夹头连接，当前的试验机上下夹头连接通常有销钉连接和螺纹连接两种方式，而无论哪种方式，由于装配公差而可能造成上下试验夹具在拧紧后出现对中偏离的问题，而标准提的夹具固定端与试验件装配
时本身有2mm的间隙，在实际试验过程中，容易造成不对中的问题，本发明提出的试验装置可轻松确保试验件与试验机加载轴线的对中要求，在上下两部分试验夹具与试验机连接时，轻松实现夹具初始对中调整、试验过程合理加载和试验件快速安装，在提高整个试验效率的同时，防止因试验装配误差造成试验无效或不准确。
48.该复合材料紧固件拉脱试验装置，包括连接杆(与试验机连接)、上盖板、底座(与试验机连接)、对中组件，各组件之间通过机械连接形成装配关系，实际使用时，可实现试验夹具本身和试验件装配两次对中，从而确保加载精度。上盖板与底座通过m10螺栓连接。连接杆和底座通过与试验机预留连接孔直径匹配的销钉和连接杆上的锁紧螺母分别与试验机上下夹头连接。上述两次对中的第一次对中是通过对中组件实现的。对中组件是一个带有圆形凸台的零件，凸台直径与上盖板的圆孔直径保持一致，凸台中心设计一个矩形孔，矩形的尺寸与连接杆矩形截面尺寸保持一致，矩形孔四角采用了消除倒角的设计特征，确保连接杆与对中组件的装配。通过对中组件确保连接杆与底座对中后，将锁紧螺母拧紧，然后将对中组件移开，从而实现试验夹具本身的对中性。试验件耳叉穿过底座的对中圆孔，通过一个传力销与连接杆连接，连接杆的厚度尺寸与耳叉间距保持一致，以保证试验件在连接杆孔轴线方向的对中，而连接杆的孔和试验件耳叉的孔通过销杆连接，从而保证了试验件在垂直连接杆孔轴线方向的对中，试验件两个方向均对中后，即实现了试验件与试验加载方向处于同一轴线。
49.实施例1：
50.一种复合材料紧固件拉脱试验装置具体实施方式如下：
51.1)如图1所示，一种用于复合材料紧固件拉脱试验的装置，包括连接杆3、上盖板2、底座1、对中组件4；对中组件4主要用于本试验的第一次对中，即试验夹具与试验机安装时确保试验机加载轴线、连接杆3、上盖板2、底座1几者之间的对中。
52.2)如图2所示，为夹具的对中组件4，对中组件4包括对中方形板41、设于方形板中部的圆形凸台42，凸台中间设有供连接杆通过的矩形的对中通孔43，对中通孔43的四角处均设有圆弧状的扩充孔，从而能够消除倒角，便于连接杆与对中组件的装配；装配时，通过对中组件进行预装配，将对中组件4的圆形凸台42装配在上盖板2的对中圆孔21内，实现定位；圆形凸台42的外直径和对中圆孔21的内直径相同，能保证圆形凸台嵌入圆孔内且两者紧密接触，从而保证定位的准确性；连接杆一端的矩形截面尺寸和对中通孔43匹配；该试验装置的第一次对中安装时，不涉及试验件，底座1与试验件下夹头连接，连接杆3与试验机上夹头连接，在将底座1和连接杆3分别与试验机通过销钉连接后，将各自锁紧螺母拧紧前，将底座1、上盖板2、连接杆3通过对中组件4实现对中定位，之后将该试验装置中涉及的底座1锁紧螺母、底座1与上盖板连接螺栓、连接杆3锁紧螺母依次拧紧。对中组件4的存在能够保证夹具与试验机的对中，在将所有螺栓拧紧后，可以通过升降试验件横梁的方式，使得连接杆3与对中组件4分离，然后将对中组件4取出；
53.3)如图3所示，为夹具的连接杆3，分为上下两段，上段为圆柱段31，下段为矩形段32，矩形段设有销接孔，用于与试验件耳叉上的过孔销接，通过试验件5上的耳叉将载荷传递给紧固件与复合材料；试验件的结构如图6所示，包括试验件方形板51和设于方形板上的耳叉52，耳叉52为“u”字型，其两个侧壁上设有对称的过孔，该过孔与连接杆矩形段的销接孔匹配，用于两者的销接；试验件耳叉从下往上穿过上盖板的对中孔后，与连接杆销接，载
荷通过连接杆传递至耳叉，试验件的复合材料板(即试验件方形板51)被上盖板限制，进而对紧固件施加拉脱载荷(即测试耳叉和试验件方形板之间的连接强度)；连接杆圆柱段近上端处也设有销接孔，用于与试验机进行销接；连接杆圆柱段外表面还设有外螺纹并配有锁紧螺母33，用于在连接杆与试验机销接后实现锁紧；
54.4)如图4所示，为夹具的上盖板2，上盖板2整体呈倒u形，其顶部设有对中圆孔21，两个底部分别具有外延部，外延部设有两个以上盖板固定孔22，用于通过固定螺栓和底座固定在一起；在对紧固件施加拉脱载荷时上盖板用于限制试验件的复合材料板沿着拉脱方向的位移；上盖板的设计高度需大于试验件沿着被测紧固件轴线方向整体高度尺寸，以满足试验件的装配。
55.5)如图5所示，为夹具的底座1，底座1包括底座本体11和底座连接柱12；底座本体为长方形板状，长方形板状的底部设有四个底座连接柱；四个底座连接柱12上分别设有用于与试验机连接的销接孔，底座连接柱的外表面设有外螺纹并配有锁紧螺母，用于在底座连接柱与试验机销接后实现锁紧；长方形板状上设有上盖板固定孔13，与上盖板底部外延部的螺栓孔相匹配，通过固定螺栓实现上盖板和底座的固接。
56.上述用于复合材料紧固件拉脱试验的装置的使用方法的步骤包括：
57.s1、组装上盖板、底座以及试验机，实现三者之间的装配连接；
58.s2、将对中组件与上盖板对中连接；
59.s3、将连接杆与对中组件对中连接；
60.s4、根据s3中对中连接的结果，进行连接杆与试验机之间的固定连接；
61.s5、卸除对中组件；
62.s6、将试验件的耳叉与连接杆连接；
63.s7、进行拉脱试验。
64.拆除对中组件以及将耳叉与连接杆连接时，通过调节试验机实现连接杆在竖直向的位移，便于对中组件的拆除以及耳叉与连接杆的连接。
65.以上对本技术实施例所提供的一种用于复合材料紧固件拉脱试验的装置，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
66.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
67.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。